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电压门控钠(Nav)通道控制神经元和肌肉细胞的膜兴奋能力

更新时间:2023-12-02 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

电流门控钠(Nav)通道控制神经元和胸肌细胞的膜激动能力,1952年,法国科学家霍奇金和赫胥黎发觉了「钠离子通道」,钠离子通道在体内起着重要的作用,几乎所有的植物中的联通号启动都与钠离子通道有关,而联通号也是控制神经活动和胸肌收缩等一系列生理过程的基础。mlw物理好资源网(原物理ok网)

在人体中,一共发觉了九种电流门控钠离子通道亚型,在不同的脏器和生理活动中发挥着不可忽略的作用,钠离子通道异常与神经、肌肉和心血管病症密切相关,因而解析钠离子门控通道将为抗生素开发和机制研究提供重要参考。mlw物理好资源网(原物理ok网)

在九种钠离子通道亚型中,Nav1.7,由SCN9A编码,主要在背根神经节神经元中抒发,是一种很有希望的镇痛抗生素靶向,在认知讯号传导中发挥重要作用。Nav1.7调节觉得神经元的激动性,并有助于几种感官模式的认知。SCN9A的突变与原发性红热痛、与通道病相关的胸痛不敏感和阵发性极其肿胀障碍有关。mlw物理好资源网(原物理ok网)

研究人员之前报导过人类Nav1.7的结构,在之前的研究中,一种疾肿瘤体Nav1.7(E406K)因为其提高了重组抒发水平而被选择使用。将毒素混和后用于结构解析,最终获得了帧率均为3.2Å的高温EM结构Nav1.7-PT(ProTx-II和TTX)和Nav1.7-HS(HWTX-IV和STX)。似乎获得了这种结构,但是基于此推测了野生型的结构,但出于Nav1.7的潜在抗生素作用,须要一个野生型高帧率的结构为抗生素筛选和机制研究提供参考和帮助。mlw物理好资源网(原物理ok网)

2022年4月26日,颜宁院士团队与西湖学院申怀宗研究员课题组合作解析了Nav1.7高帧率结构,以High-ofhumanNav1.7a-pofS6IV为题发表在Cell刊物。该研究报导了野生型Nav1.7和Nav1.7(E406K)的冷藏电镜结构,帧率分别为2.2Å和3.5Å。与最新的与HWTX-IV或ProTX-II结合的Nav1.7(E406K)结构相比,阐明了这种毒素通过S6IV段的a到π转变对通道门控进行变构调节。mlw物理好资源网(原物理ok网)

在这一文章中钠离子钾离子通道阻滞剂,研究人员报告了野生型(WT)Nav1.72.2Å的高帧率的冷藏电镜结构。Nav1.7-β1-β2复合物的抒发量约为突变体的一半,研究人员使用40L的293F细胞获得了可以用于冷藏的蛋白样品,最终,从78.5万多个粒子中获得了总区分率为2.2Å的电镜结构。mlw物理好资源网(原物理ok网)

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在目前的码率下,研究者构建了一个可靠的NTD结构域的原子模型。据悉,解决了几个细胞内片断,包括重复序列I中S6片断(S6I)以后的额外螺旋片断、通过柔性联接体联接到S6II的反螺旋,以及可能属于氨基末端结构域(CTD)的密度团。mlw物理好资源网(原物理ok网)

通过对比发觉,研究人员对比发觉Nav1.7和Nav1.4的构型十分接近,研究人员还观察到WTNav1.7的胞内门区存在一个GDN,这与已报导的Nav1.7-PT和Nav1.7-HS的结果相矛盾。紧接着研究人员比较了曾经和现今的结果,以找寻这些差别的分子基础。mlw物理好资源网(原物理ok网)

已报导的Nav1.7-HS/PT的EM图在跨膜域的大部分区域显示良好的质量,但S6IV的最后四个螺旋转弯的局部密度更差,依据推测,这些局部不良的帧率的可能是因为氢键异质性导致的,这在最初的研究中没有成功地分类。mlw物理好资源网(原物理ok网)

Nav1.7-HS的两个官能团在开始偏离。其中一个氢键,在3.1-Å帧率,共享与Nav1.7-WT相同的结构,其中整个S6IV是由螺旋转弯组成的,它们以后被称为HS-a和WT-a。在Nav1.7-HS的3.0-Å结构中,由组成的螺旋转弯为π型。Nav1.7-PT也是这么,研究人员将其命名为HS-π和PT-π。mlw物理好资源网(原物理ok网)

总的来说,通过对Nav1.7在毒素缺位和存在情况下的结构进行系统性的比较,发觉在与GMT()结合时PD构像发生了远程变构调节。在π型结构中,细胞内孔道进一步收缩,一个窗口关掉,IFM结合位点被重塑。与HWTX-IV结合的所有4个S6片断的伴随结构转移,为PD中不同重复序列之间的氢键耦合提供了一条清晰的路径。mlw物理好资源网(原物理ok网)

通过S6IV简单的a-π跃迁,细胞内门脉的耦合、IFM结合位点的产生以及对开窗的调节都是有趣的,但并不罕见。近来的结构进展表明,a-π跃迁在电流门控离子通道(VGICs)中很常见。在比较动物和狐狸Cav1.1的结构时,首先注意到S6节段的a和π形态的差别,它们在PD构像上表现出显著的差别。不仅单链真核生物Nav和Cav通道外,在多个TRP通道结构中也观察到a-π转变参与通道闸门。虽然有这种结构特点,这一次级结构转换的功能相关性仍有待进一步研究。mlw物理好资源网(原物理ok网)

值得注意的是,在高压激活(HVA)的Cav1和Cav2通道中也观察到了类似的细胞质结构。虽然缺少IFM基序,HVACav通道包含一个短的III-IV螺旋,在S6III以后,并与CTD发生交互作用。事实上,在动物通道中,III-IV螺旋与CTD的共折叠是保守的,其构型与其他所有导航通道结构不同。mlw物理好资源网(原物理ok网)

在Nav和Cav通道中,细胞质螺旋对于重复序列III和IV是保守的,而重复序列I和II中的螺旋则被交换。在Cav2.2中,S6I非常长钠离子钾离子通道阻滞剂,直接延展到细胞质中,而S6I前面是一个名为AID的纵向螺旋,是Nav1.7中II-III螺旋的补充。在Cav2.2中,AID螺旋和S6II延展的胞质片断与辅助β亚基互相作用。Nav通道重复序列I和II中的这种胞质螺旋是否与未表征的调控蛋白相关还有待研究。mlw物理好资源网(原物理ok网)

其实,高帧率的人类Nav1.7的结构为进一步的生物化学和估算剖析提供了一个确切的模板,这将有助于未来抗生素的开发。mlw物理好资源网(原物理ok网)

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